基于RFID的天線阻抗自動匹配技術的設計

　　本文提出了一種自動匹配技術，其電路如圖3所示，主要包含測量電路，匹配電路和控制電路。因為手工匹配方法耗時長，且需要良好的意識和豐富的經驗來選擇合適的電容，另外必須配備一些昂貴的設備，如網絡分析儀或阻抗分析儀等。對于一些小公司來說，是不現(xiàn)實的。同時，一些手持式RF設備的發(fā)展使得手動匹配越來越不適應。對于這些移動設備，最理想的天線電路應該僅僅包含集成模塊，且隨著阻抗變化可以自動匹配。

圖3　自動調諧匹配電路圖

　　2. 1　測試電路

　　手工匹配采用的是阻抗分析儀或者網絡分析儀，網絡分析儀是用定向耦合器來測量天線電路的反射系數(shù)。但使用定向耦合器有幾個主要的缺點，例如功率損耗大和很難嵌入到IC芯片。故而本文在電路中不使用耦合器，從圖3看出，測量電路包含以下4部分。

　　(1)測量電橋　用來測試天線的反射系數(shù)。主體部分為惠斯通電路，如圖4所示。其電路中的直流電源用波形產生器替代，用來生成13. 56 MHz的正弦載波信號。其中電阻R1、R2、R3 都為50 Ω。

　　根據(jù)基爾霍夫定律，得I1 - I2 + Id = 0， I3 - IZ - Id =0， I1 R1 + I2 R2 - I3 R3 = IZ Z，得Z = R2*R3/R1= 50Ω。

　　電橋平衡即Vd = 0，當Vd 的大小和相位都為0時，天線阻抗調諧完成。Vd 計算公式為: Vd = |V2 -VZ | ，V2 = I2 R2 ， VZ = IZ Z。

　　(2)振幅測量電路　測量V2 和VZ 幅度， 并反饋到控制器。電路內部的整流器調整V2 和VZ 的幅度，消去輸入信號的負半波，為了滿足模數(shù)轉換電路的輸入范圍要求，最后得到的信號經過低通濾波和放大電路傳送到控制器。經過控制器模數(shù)轉換后，比較兩路信號的幅度，計算出Vd 的值。

　　較兩路信號的幅度，計算出Vd 的值。

　　(3)相位測量電路　測量V2 和VZ 的相位， 并反饋到控制器。

　　(4)振幅測量電路　測量V2 和VZ 的幅度，并反饋到控制器。

圖4　測量電橋

　　在設計中用一個已經過手動調諧的天線電路來驗證測量電路。手動調諧電路以圖1 的電路為基礎，用微調電容器取代電容C1 和C2 ，將天線電路連接到測量電橋，調節(jié)微調電容器，使測量到信號的幅度和相位近似為0。然后在TX1、TX2 兩點測量天線的反射系數(shù)。測量結果如圖5所示，在頻率為13.

　　56MHz時，參數(shù)S11近似為0。這種檢查流程已成功經過幾種不同阻抗的RFID天線檢測，在頻率為13.

　　56MHz時，測試天線的S11參數(shù)偏差都大體相同。

　　這表明，這個偏差在測量電路中，是不可避免的，且不影響匹配。

圖5　天線的smit圖